CN1330771A - 用于局部浪高确定的方法和在海洋地震信号中的声传感器 - Google Patents

Abstract

一种联系海洋地震数据获得活动使用的分析地震信号的方法,包括步骤:使用一个水中声传感器(18)检测一个接收机幻影信号;和使用所述接收机幻影信号(30)估计声传感器上方的水柱高度。该方法可以进一步包括步骤:从由与声源不同偏移定位的多个水中声传感器(18)接收的地震信号,辨别到达时间的变化;确定在辨别到达时间变化与同假定声传感器深度分布有关的期望到达时间变化之间的时间差;及把时间差转换成在假定声传感器深度分布与所述声传感器的实际深度分布之间的深度差。该方法为局部浪高和声传感器高程的改进确定而提供,并且允许在地震数据中与局部浪高和地震传感器高程的变化有关的“噪声”,在以后数据处理期间衰减。

Description

用于局部浪高确定的方法和 在海洋地震信号中的声传感器

本发明涉及一种分析地震信号的方法，更具体地说，涉及一种适于联系海洋地震数据获得活动使用的分析地震信号的方法，该方法提供局部浪高和声传感器深度的改进确定，并且允许在以后的数据处理期间减小在与局部浪高和声传感器深度的变化有关的地震数据中的噪声。

收集地震数据以远程检测地下地质状态，特别是联系对油气的勘探和其生产，如油和天然气。为了收集在海洋环境中的地震数据，诸如气枪之类的声源用来产生经海水传播并且进入地下地质建造的声信号。在海底处和在不同地质层之间声阻抗的变化使声能的一部分反射并且向海面返回。这些反射信号由声传感器接收，并且处理成建立地下地质的图象。

在海洋环境中，这些声传感器(也叫做地震传感器，经常是称作水听器的压力传感器)一般包含在长管形拖缆内，并且拖在地震勘测船后面。拖缆填充有允许拖缆段近似实现无浮力的煤油或其他浮力材料。拖缆经常带有提供基本抗拉强度和禁止拖缆段延伸的一个或多个内部应力件(如钢缆)，同时允许拖缆较柔软并且能够缠绕在地震勘测船上的一个适当直径的鼓上。拖缆拖拉的深度(或“高程”)一般由定位在离地震勘测船最近端部处的反射器调节(例如，见美国专利No.5,357,892)，并且由沿拖缆长度以正常间隔放置的叫做吊舱的控制器件调节(例如，见我们发表的PCT国际申请No.WO98/28636)。

在拖缆中水听器的深度一般在地震勘测船上由附着到吊舱上的深度传感器监视。因为与显著靠近的水听器间隔(如每12.5米一组水听器)相比，吊舱沿拖缆隔得较宽(如每300米)，所以一个具体声传感器或一组声传感器的深度一般必须通过从在传感器或传感器组侧的吊舱深度值的内插近似。

这种类型的较粗略深度确定系统使得地震勘测船船员难以确定何时某些类型的问题出现在拖缆内。例如，拖缆段一般“平衡”，直到他们近似无浮力。由于在地震勘测船上和在海水中的温度变化，平衡问题(过分正或负的浮力)有时出现。然而，如果能监视在每段中水听器每一个的深度，则有可能确定哪些段正在经受平衡问题，并且在他们影响获得的地震数据或引起拖拉问题之前更正这些问题。

在吊舱上的深度传感器一般检测局部周围水压力，并且把该压力读数转换成深度值。然而，在吊舱处测得的水压力包括随拖拉拖缆恒定变化的两种类型的瞬态条件。第一种瞬态条件是局部浪高，在传感器正上方的局部海平面减去平均海平面。局部浪高的变化也称作波浪。第二种瞬态条件是相对于平均海平面测得的实际拖缆高程(或深度)。实际拖缆高程的变化一般归因于诸如在拖缆段中的正或负浮力之类的力、波浪诱导力、洋流、反射器、吊舱等。在吊舱处的水压力都受这些瞬态条件的影响。为了消除波浪影响，一般在一个延伸时间段上(如在10与100秒之间)平均或滤波测得的水压力值。尽管这种平均或滤波对于吊舱产生更准确的“平均”深度值，但它消除了使用测量深度值补偿具有小于平均时段或滤波长度一半的循环周期的瞬态条件，如波浪，的可能性。

两种类型的“噪声”由流束深度和局部浪高的波动引入到数据中。第一种类型的噪声由幻影效应引起。来自声传感器或声源上方海面的声反射将引起在与传感器或源深度有关的频率下接收声信号的抵消(即“幻影效应”)。幻影是在频谱中在频率F＝n/T_g下出现的凹痕，其中n是整数(0、1、2、…)，并且幻影周期T_g等于接收机(或源)深度H(至海面的距离)除以海水声传播速度的两倍。深度H(并因此幻影频率F)对于入射角需要校正(如在下面将要更详细讨论的那样)。有两种纪影，一种在源侧引入而一种在接收机侧引入。当接收机或源的深度变化时，幻影陷频的变化出现。这些变化归因于由在流束或源上方浪高的变化造成的流束或源的绝对高程的变化。

为了补偿这种幻影效应，地震传感器一般拖拉在其中第一非零凹痕幻影频率在地震频谱外侧(在约5Hz和约80Hz之间)的深度处，其中在地震勘测期间得到关于感兴趣地质地下层的绝大多数信息。一个消卷积过程能用来补偿由幻影效应引起的接收地震信号的频率独立衰减(即把数据“去幻影”)。然而，在常规地震数据处理过程中，这种消卷积过程假定地震传感器放置在海面下方一个恒定距离。传感器位置与该假定位置的任何偏离将使去幻影过程不适当地操作至某种程度；某些频率将被过放大，而某些频率将保持欠放大。由于在延伸时间段上平均或否则滤波深度值以除去波浪对深度值的影响，所以当传感器正在接收感兴趣的地震数据时，由常规地震数据获得设备提供的深度值不能用来提供描述传感器的实际(和变化)深度值的定制或个别化的去幻影地震数据。

第二种类型的噪声归因于流束绝对高程的变化，流束引起从下面地震反射器接收的地震信号的到达时间的无意移动。由于绝大多数数据分析涉及把设想相同地下位置的多个地震轨迹结合在一起，所以这些时间移动将引起反射器地震图象的模糊。

尽管这两种类型的偏移在其常规意义上没有引入“噪声”(即干扰或掩蔽希望信号的多余信号)，但容易理解，他们禁止地下层适当地震成象，并且在其更一般的意义上构成噪声。对于某些类型的地震成象，如分析产生油气储层的延时图象，这些效应可以足以掩蔽能期望从储层流体的撤出引起的地震响应的任何变化。代表申请人进行的研究已经得出结论，如果利用常规的地震数据处理方案，则来自只要2米显著浪高(SWH)海的不平海效应就能掩蔽地震响应的任何变化，可能期望该地震响应至少对于某些储层类型与油气生产有关。

在常规海洋地震勘测中，补偿局部海面高度变化进行的唯一偿试涉及补偿由潮汐效应造成的平均海平面的变化。对于波浪影响或流束深度值的短循环时间变化没有进行校正地震数据的偿试。尽管众所周知，如果在海浪大时段期间获得地震数据，则将严重降低地震数据的质量，但通常没有进行偿试，以补偿这些类型的瞬态条件。当地震勘测船船员或其客户的船上观察者决定海上条件太差或者未能满足达成的合同规范时，简单地停止由地震勘测船进行的地震数据获得。简单地迫使客户与在大海浪状态期间获得的地震数据比在小海浪状态期间获得的地震数据噪声多(即具有较低的质量)的事实相处。

地震数据获得承包人具有在“有问题”天气条件下获得地震数据的显著动机，因为他们一般不补偿由坏天气导致的停工时间，而在坏天气期间花费的时间量能容易地在整个活动时段的10％与50％之间的范围内。一些地震数据获得承包人特别积极，差不多在坏天气下继续地震数据获得活动。这当地震勘测船正在获得多客户数据时特别可信。一般“投机”地获得多客户数据，地震承包人支付获得活动的成本并且然后试图通过许可对获得地震数据的访问偿还这些成本和获利。一些承包人显然相信，在以后数据处理期间能除去(或至少掩蔽坏天气的影响或者客户可能不会认识到数据实际上有多少噪声。这种情形在过去一直比较复杂，因为客户在获得地震数据时没有独立确定海浪状态的方法。

因此本发明一个目的在于，提供一种分析地震信号的改进方法。

本方法描述实施例的一个优点在于，允许联系海洋地震数据获得活动确定局部浪高和声传感器高程。

本发明描述实施例的进一步的优点在于，提供一种用来直接从地震数据确定局部浪高的客观方法。

本发明描述实施例的另一个优点在于，在没有常规基于水压力的深度传感器的情况下可以确定各个声传感器或声传感器阵列的高程。

本发明描述实施例的另外一个优点在于，在以后数据处理期间可以衰减由局部浪高变化和/地震传感器高程变化引入到地震数据中的“噪声”。

本发明涉及一种分析在海洋地震勘测期间由响应声源的操作的多个水中地震传感器获得的地震信号的方法。该方法对于至少一些信号的每一个包括步骤：在信号内选择一个时间窗口，该时间窗口得到在信号中表示的清晰事件；在所述窗口中由信号的振幅/频谱确定接收机幻影陷频；及从所述接收机幻影陷频导出在产生信号的传感器上方的水柱高度估计。该方法可以进一步包括步骤：从由与声源不同偏移定位的多个水中声传感器接收的地震信号，辨别到达时间的变化；确定在辨别到达时间变化与同假定声传感器深度分布有关的期望到达时间变化之间的时间差；及把时间差转换成在假定声传感器深度分布与所述声传感器的实际深度分布之间的深度差。该方法为局部浪高和声传感器高程的改进确定而提供，并且允许在地震数据中与局部浪高和地震传感器高程的变化有关的“噪声”，在以后数据处理期间衰减。

图1是进行海洋地震勘测的地震勘测船的示意图；

图2是地震拖缆一部分和来自图1的海面的放大图；

图3是从单个声脉冲接收的地震轨迹的图片；

图4是在海底反射已经对准近似相同到达时间之后来自图3的地震轨迹的一个窗口部分；

图5是曲线图，表示振幅与来自图4的开窗口轨迹的频谱的关系；

图6是曲线图，画出水底反射到达时间与偏离距离的关系及一条传播时间外移曲线；及

图7是曲线图，表示对于图3中所示一组地震轨迹按照本发明确定的地震传感器深度和局部海面高度。

图1表示进行海洋地震勘测的地震勘测船和有关设备的示意图。一个常规海洋地震勘测系统10包括一艘地震勘测船12、一个声源14、一根或多根拖缆16(每根包含多个水听器18、一种类型的声传感器)、及记录设备20。当使用地震勘测系统10获得地震数据时，声源14(一般一个或多个气枪)产生一个声脉冲，该声脉冲经海水22传播，并且由海底24和由在其中层的声阻抗变化的各种地质层之间的界面26部分反射。

当使用这种类型的地震勘测系统10获得地震数据时，记录的最显著的反射事件一般是直接水底到达28。直接水底到达28也能看作是由声源14产生的直接反射离开海底24且由水听器18直接接收的声脉冲的一个第一部分28。声脉冲的一个第二部分30反射离开海底24，反射离开水听器18上方的海面32，及然后由水听器接收。该第二部分30(称作接收机幻影信号)相对于第一部分28不同相，并且将以接收机幻影陷频导致接收声信号的破坏性干扰，如以上讨论的那样。声脉冲的一个第三部分34在反射离开海底24和由水听器18接收之前在声源14的正上方反射离开海面32。该第三部分34类似地相对于第一部分28不同相，并且以源幻陷频导致接收声信号的破坏性干扰。尽管第一部分28、第二部分30、和第三部分34表示成射线路径，但这仅仅为了便利，并且应该理解声信号一般以球形方式扩散，并且类似的射线路径存在于声源14与水听器18的每一个之间。地震勘测船12一般也装有一个允许监视船下面的水深度的深度发声器36。

图2表示在时间的特定瞬间来自图1的地震拖缆16和海面32的放大部分。海面32由一根平均海平面38基准虚线叠置。平均海平面38一般补偿潮汐效应，并且将理想地代表如果在该区域的海浪完全平静则存在的海平面。海面高度变化40量化在水听器18正上方的海面32高于或低于该平均海平面38的距离。类似地，拖缆16和水听器18由一根希望拖缆深度42基准虚线叠置。该希望拖缆深度42一般表示在平均海平面38下面打算拖拉拖缆16的深度。然而，即使反射器和吊舱运行正常，也要理解，拖缆16波动到一定程度，并且在拖缆内的水听器18不会精确地定位在希望拖缆深度42处。传感器深度变化44量化水听器18高于或低于希望拖缆深度42的距离。在图2中为了说明目的已经夸大了海面高度变化40和传感器深度变化44的程度。也表示在图2中的是一个偏移角46，偏移角46也称作θ，表示在直接水底到达28射线路径与一根竖直射线路径之间的角度。该偏移角46以后用来描述在本发明最佳实施例中进行的计算。

图3是地震轨迹图片48，表示已经由在单根拖缆16上的水听器18从由一个声源14产生的单个声脉冲接收的多条地震轨迹。熟悉本专业的技术人员将理解，这些地震轨迹反映由水听器18的每一个在时间上测量的水压力振幅的变化。在该地震轨迹图片48中第一和最明显的事件是直接水底到达50。在这种情况下，由声源14产生的一个声脉冲到达海底24并且反射到离地震勘测船12最近的水听器18所需要的时间近似为4.2秒(在该例子中水深度约为3100米)。该同一脉冲的直接水底到达部分到达离地震勘测船12最远的水听器18所需要的时间刚超过5秒。注意，海上状态是约2米的显著浪高，并且当获得该特定地震轨迹图片48时，在远偏移处的直接水底到达射线路径的入射角约为35度。

图4表示在已经时差校正直接水底到达50从而他们近似同时对准并且已经选择每条轨迹的相同32毫秒部分(包括直接水底到达50)之后来自图3的地震轨迹的开窗口部分52。没有发生来自图3的开窗口部分的“延伸”。轨迹还没有正常时差校正，试图创建一条等效零偏移轨迹。时间窗口仅已经时间移动，从而直接水底到达50对于轨迹的每一条近似出现在窗口中的相同地方。

应该理解，当正在获得地震数据时，在水听器18正上方的局部海面高度恒定地变化。该问题的时间变化本质使对于整个地震轨迹得到的幻影凹痕模糊。为了解决该问题，选择一个短时间窗口(最好小于约250毫秒)，以在声传感器附近在相对短的时间段上提供水柱高度的“快相”。在该最佳实施例中，这是刚好在由水听器18接收到直接水底到达50之前和之后的时间段。然而，这些短时间窗口的使用能使另外的子波提取法(能用来确定幻影陷频)失效，由于(例如)静止子波假设的失效。振幅与频谱的关系最好代之以用来对于选择时间窗口的每一个确定接收机幻影陷频。

图5是曲线图，表示对于来自图4的地震轨迹(具有0至800米偏移的轨迹)的多个开窗口部分振幅与频谱的关系。图5表示源陷频58如何对于轨迹的每一条虚拟地恒定(因为地震轨迹来自单个声源脉冲，所以源陷频只按到达入射角的余弦变化)，同时接收机陷频56显著变化，因为在拖缆16中水听器18的每一个上方的水柱高度主要由于波浪影响而不同。

如果源深度靠近接收机深度，则两个幻影凹痕在频率上靠近，并且可能难以区分他们和进行准确的拾波。这最简单地通过把源和接收机放置在不同深度处解决。需要的深度间隔不能简单地定义，因为它取决于主要由浪高确定的凹痕变化。如果把源和接收机在深度上隔开最大波峰对波谷浪高(显著浪高)的至少一半，那么凹痕重叠从来就是不可能的。

也能使用用来区分源和接收机凹痕的其他方法。源陷频58的变化一般小于接收机陷频56的变化，因为气枪悬浮系统“骑在”波浪上，保持源幻影时段更一致。而且，通过工作在公共射击区域，源陷频58对于与相同射击有关的所有接收机将是恒定的(尽管它按入射角的余弦变化)。视在幻影凹痕时段随偏移按入射与竖直的角的余弦减小。该时差曲线需要在转换成局部海面高度之前，或者经使用偏移和水深度计算、或者通过经拾波拟合一根最好吻合的光滑曲线(如一根余弦型曲线或一根二阶或三阶多项式曲线)从凹痕拾波除去。偏移也将影响颠倒海面点的横向位置，由于反射点虚拟地已不在接收机的正上方。如下面讨论的那样，容易校正带有偏移的横向移动。

如以上讨论的那样，计算声传感器上方水柱高度的接收机幻影频率的转换十分简明。如果选择第一非零接收机幻影陷频，则能按如下估计水柱的高度：

WCH＝(ATV)/(2*RGNF*COS(THETA))

其中：

WCH＝水柱高度

ATV＝声传播速度

RGNF＝第一非零接收机幻影陷频

THETA＝到达入射角

如果例如，一个具有400米偏移的水听器18具有2度的到达入射角(THETA＝2度，THETA的余弦是.9994)，则在160 Hz(RGNF＝160)处发现第一非零接收机幻影陷频，并且海水的声传播速度是每秒1460米(ATV＝1460)，然后通过如下计算可以估计水听器上方的水柱高度：

WCH＝(1460)/(2*160*.9994)＝4.6米

源和接收机的近似深度、水深度、及偏移距离一般将是已知的，允许十分准确地计算THETA值。

尽管以上公式提供了水听器18上方水柱高度的估计，但对于是比水听器更靠近源的WCH*TAN(THETA)的点，更精确地估计通过水听器的一个水平面上方的水柱高度，因为这是在其处假定声脉冲的第二部分30已经反射离开海面32的横向位置。

以上方法允许由确定的接收机幻影陷频56确定在一个具体声传感器附近的水柱高度的估计。如果这些计算对于在一根拖缆16中的多个不同水听器18进行，并且进行水听器18是水平的假设，则也可以确定局部海面状态。这种方法的改进也允许确定在水听器18的实际位置与该水平对准假设之间的偏离。

如果对于布置在离声源不同偏移处的一组声传感器能辨别到达时间的变化，并且如果能确定在这些辨别时间变化、与如果声传感器以一种具体深度分布定位则期望的时间变化之间的时间差，那么有可能把这些确定的时间差转换成在假定传感器分布与实际深度分布之间的深度差。

图6是综合图表60，表示期望的水底反射到达时间时差曲线62和实际水底反射到达时间拾波64。在到达时间拾波64与传播时间时差曲线62之间的偏离程度在图6中已经大地夸大，以便更清楚地描述该过程。传播时间时差曲线62使对于直接水底反射28的期望到达时间与偏移距离联系起来(在声源14与水听器18之间的距离)。期望到达时间与如果传感器18的每一个精确地布置在希望拖缆深度42处则期望的到达时间相对应。

到达时间拾波64对于布置在该具体偏移处的水听器18表示实际直接水底到达时间，并且这些时间拾波由在地震轨迹图片48中所示的地震轨迹形成。尽管有可能使用其他技术辨别这些反射器到达时间(或反射器到达时间的等效变化)，如通过使用确定在相邻轨迹或相邻轨迹的开窗口部分之间的到达时间位移的相关技术，但本申请人已经发现，通过对于直接水底到达反射精确地拾波子波开始时间能得到良好的结果。最好，应该使到达时间拾波64最接近0.1毫秒，这相当于近似为15厘米的精度。如果以大于0.1毫秒的抽样间隔记录地震信号，则可能必须内插记录值以便以足够的精度适当地选择事件到达时间。应该除去在接收地震信号中的任何波涛噪声，最好用最小相位低阻滤波器。而且最好尽可能靠近子波开始拾波(第一到达、第一波峰)，从而变化幻影到达不会干扰时间拾波。如果使用相关技术确定事件到达时间的变化，则最好严格限制相关的轨迹的部分，以避免源和/或接收机幻影干扰事件到达时间差的准确确定。

传播时间时差曲线62对于一种给定声传感器深度分布画出到达时间随变化偏移的期望变化。在该描述的实施例中，对于该方法的虚拟所有拖拉拖缆有关的应用情况就是这样，假定的声传感器深度分布是水平的，即平行于希望拖缆深度42。关于源/接收机偏移距离、源深度、平均接收机深度、反射点深度、及/或声传输速度(或诸速度)的估计或假设能用来约束传播时间时差曲线62。

在最简单的模型中，假定拖缆16是水平的，假定海底24是水平的，假定海水22具有单一的声传播速度，并因此期望的水底传播时间时差曲线62期望是简单的双曲线(即直接水底到达将表示地球物理学家称作“正常时差”或“双曲线时差”的时差)。然后能选择最好拟合实际水底反射到达时间拾波56的双曲线，并且用来在期望反射器到达时间与实际反射器到达时间之间(或等效于，在期望变化与反射器到达时间的实际变化之间)的时间差。在实际中，一条三阶多项式曲线一般拟合为到达时间拾波56，以产生传播时间时差曲线62。三阶多项式系数允许以上辨别的简单假设的某一程度的变化。

也能进行关于适当传播时间时差曲线62的较复杂假设。例如，来自深度发声器36的深度测量能用来产生海底表面的轮廓。该海底轮廓及声源14和水听器18的设计布局能用来产生一条期望的传播时间时差曲线62。基于该模型计算的传播时间时差曲线62能进一步拟合到海底到达拾波62上。可以类似地模型化影响期望传播时间时差值的物理参数，如缓慢变化的海底结构、水速度随深度的变化、及子波的直接影响，以确定一条适当的传播时间时差曲线62。通过查找跨过从不同声脉冲得到的结果的相关，也有可能辨别这些参数。

使用如下公式能计算水听器18高于或低于希望拖缆深度42的距离：

AASE＝EASE＋((ARAT-ERAT)*ATV)/COS(THETA)

其中：

AASE＝实际声传感器高程

EASE＝期望声传感器高程

ARAT＝实际反射到达时间

ERAT＝期望反射到达时间

ATV＝期望传播速度

THETA＝到达入射角

如果例如，在2000米偏移处的水听器18具有5米(EASE-5)的期望高程，对于2000米偏移来自传播时间时差曲线54的期望水底反射到达时间是4.4050秒(ERAT 4.4050)，从由水听器获得的地震轨迹辨别的实际水底反射到达时间是4.4046秒(ARAT 4.4046)，海水的声传播速度是每秒1460米(ATV＝1460)，及到达入射角是20度(THETA＝20度，并且THETA的余弦＝.9397)，那么可以按如下计算实际声传感器高程：

AASE＝-5＋((4.4046-4.4050)*1460)/.9397＝-5.6米

尽管除在源和接收机之外的不同深度处的任何地震事件能用在该方法中(如在感兴趣地质区域的主要地震反射器)，但水底反射一般是在地震记录中的最强反射，并且经常有可能把该事件与其他干扰反射隔离。海底也常常较平(或至少在感兴趣的距离上具有较均匀的坡度)，并且这简化选择适当传播时间时差曲线62的过程。然后通过把估计水柱高度校正传感器高于或低于希望拖缆深度42的距离，可以把实际声传感器高程用来“微调”以上讨论的局部海面高度的估计。

图7是综合图表66，表示对于图3中所示的地震轨迹的一些按照本发明确定的局部海面高度68和拖缆深度70。这些轨迹具有300至725米的偏移，底部刻度表示离开最靠近地震勘测船的传感器的相对距离。该曲线表示在当直接海底到达到达水听器18的每一个时的时刻周围一个短时间段内在传感器上方的海平面高度和在平均海平面下面的地震传感器深度的“快相”画面。对于较大偏移的快相值的时间因此是比对于较小偏移的快相值的时间晚一秒的部分。因为对于局部水柱高度和在希望拖缆深度与实际拖缆深度之间的偏差已经调节了计算局部海面高度68的值，通过简单地在较大偏移范围上平均计算的海面高度，可以确定平均海平面38。对于具有偏移的横向位移已经进行校正(上述的WCH*TAN(THETA)校正)，尽管在这些小到达角度(＜13度)处，这形成微小差别。打算的拖缆深度42是5米，把吊舱设置成控制正或负1米的深度，并且能看到，按照本发明方法确定的实际拖缆深度70落在这些漂移极限内。

尽管联系点接收机拖缆探测设备(即记录由每单个水听器接收的地震信号)已经描述了发明的方法，并且对于这种类型的数据可以得到较好的解，但该方法也可以用于常规组形成数据(即在记录之前把由一组相邻水听器接收的地震信号加在一起)。在至少一些条件下，当使用单传感器数据时，能期望局部海面高度和拖缆深度由发明的方法以大于正或负50米的精度确定。

发明的方法可以用来在海洋地震数据获得活动期间监视局部浪高和地震传感器的高程。这可能是有用的，例如，监视海面状态以保证与关于天气条件的合同职责相符。也可以用来监视海面状态对诸如拖缆、反射器和吊舱之类的海中设备的影响。确定的传感器深度值也能用来控制传感器定位器件，如反射器和吊舱。

该方法在以后地震数据处理用途中也可能是有用的。可以重新处理在非理想天气条件下获得的地震数据，并且对于每个地震传感器(或地震传感器组)可以确定局部浪高和地震传感器高程。该信息能用来估计在获得地震数据时存在的海面条件和水听器如何准确地保持在其希望深度处。使用该信息能进一步重新处理地震数据，以便更好地把数据去幻影(即调谐消卷积算子，以便描述在地震传感器与海面之间的实际距离，而不是在地震传感器与海面之间的假定距离)，并且对于由在实际高程处而不是在希望高程处的地震传感器引起的时间偏移校正反射器到达时间。

因为使用用常规地震数据获得技术和设备获得的地震数据，能实现该方法，所以该方法能用来显著改进在非最优天气条件下获得的地震数据的成象特性。大多数地震勘测获得在最后不能辨别潜在油气矿区的区域上的大量数据。然而，在这些没有表示显著资源的区域中，便利的可能是，使用发明的方法重新处理地震数据，以便“精调”研究下的矿区的地震图象。

尽管以上描述的本发明的实施例利用直接水底到达(并因此确定在直接水底到达到达每个水听器时的声传感器高程和局部浪高)，但本发明不限于这种到达的使用。特别是，在某些情况下，产生水盐度界面反射，并且这种反射能用来代替直接水底到达。另外，其他地震反射器和折射器能与发明的方法一起使用。尽管对于这些其他地震反射器的到达时间一般不容易拾波，并且幻影凹痕不比与直接水底到达有关的那些明显，但如果对于一条具体地震轨迹能确定两个或多个延迟局部浪高和声传感器高程，则这打开了外推诸值以改进用于感兴趣的具体地质目标的图象的可能性。如果我们例如对位于5,000米深度处的油气储层感兴趣，并且由直接海底到达确定的对于一条具体轨迹的声传感器高程和局部浪高值分别是-5.6米和1.2米，及当由位于3,000米处的区域地质反射器确定时对于该轨迹的声传感器高程和局部浪高值分别是-5.8米和1.0米，则可能希望分别使用-5.9米和0.9米的外推值时间移动该轨迹和使之去幻影。以这种方式，可能有可能更准确地成象感兴趣的地质目标。

在某些情况下，特别是对于较大偏移，首先记录的地震事件可能是一种折射的而不是反射的到达。折射到达从源到海床，沿海床并且然后到声接收器传播。这些折射到达将呈现相对于水底到达50讨论的相同类型的接收机幻影凹痕，尽管到达角度θ(theta)是常数。对于折射到达的传播时间时差曲线62作为一阶近似也可以是线性的，而不是双曲线。通过对使用水底反射的上述最佳实施例方法进行较小变更，这些折射到达也可以用来确定局部浪高和地震传感器高程。最好与发明的方法一起使用的地震反射器或折射器事件在地震记录中早于其他类型的到达，以限制由“伪幻影”引起的干扰和由另外的传播模式引起的其他类型的声干扰。

尽管本发明的描述实施例利用诸如气枪之类的常规地震源作为声源，并且利用诸如水听器之类的常规地震传感器作为声传感器，但本发明不限于这样的器件的使用。也有可能使用一个或多个专用非地震声源，如声波发射器或扬声器。常规气枪主要与发明的方法一起良好地工作，因为他们一般产生一个宽带声信号。如果专用声源与该方法一起使用，则可能最好把他们放在拖缆16的前部、中部和末端，因为该方法在偏移角度46近似为45度或更小时显得工作最好。

类似地，有可能使用打算接收直接海底声反射到达的专用非地震声传感器。常规水听器与发明的方法一起工作得特别好，因为他们是高度准确的并且具有良好的高频响应。然而，对于相同的空间抽样间隔可能不必得到拖缆深度和局部浪高测量，因为水听器放置在拖缆16中。如果专用传感器和处理设备用来确定传感器上方的局部浪高和传感器的高程，则可能最好以比水听器18大的空间抽样间隔隔开专用传感器，并且以显著比在常规地震数据获得中使用的2或3毫秒抽样间隔小的抽样间隔(如每0.1毫秒)抽样声信号的反射部分。地震信号类似地可能不是用来分析地质地下层的“地震数据”。它可以代之以联系进行上述测量缓慢地获得。尽管使用常规水听器18(水压力传感器)描述了本发明的最佳实施例，但该方法以类似方式与听地器(粒子速度传感器)、加速度表、和其他类型的声传感器一起工作。接收机幻影陷频56直接与直接水底到达28和接收机幻影信号30在到达时间上的差有关。也可以使用利用接收机幻影信号30传播时间测量以估计水柱高度的发明方法的另外实施例。

尽管联系常规拖拉海洋拖缆地震数据获得描绘了本发明的描述实施例，但该方法不限于这种类型的环境。它可以类似地用在海底电缆、竖直采用的地震传感器组、和其他类型的地震数据获得系统中。

Claims (22)

1.一种分析在海洋地震勘测期间由响应声源的操作的多个水中地震传感器获得的地震信号的方法，该方法对于至少一些信号的每一个包括步骤：

在信号内选择一个时间窗口，该时间窗口得到在信号中表示的清晰事件；

在所述窗口中由信号的振幅/频谱确定接收机幻影陷频；及

从所述接收机幻影陷频导出在产生信号的传感器上方的水柱高度估计。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述事件是来自传感器下面的较强声反射体的反射。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述较强声反射体是海底。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其中通过计算由所述声传感器接收的地震信号的振幅/频谱和然后从所述频谱拾波所述接收机幻影陷频，确定所述接收机幻影陷频。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述振幅/频谱包含一个源幻影陷频和所述接收机幻影陷频，并且所述方法进一步包括根据所述接收机幻影陷频和所述源幻影陷频的相对可变性把所述接收机幻影陷频与所述源幻影陷频区分开的步骤。

6.根据以上权利要求任一项所述的方法，对于其中把所述传感器布置在离开所述源的不同偏移处的用途，进一步包括步骤：

从由传感器接收的地震信号，辨别到达时间的变化；

确定在所述辨别到达时间变化与同假定声传感器深度分布有关的期望到达时间变化之间的时间差；及

把所述时间差转换成在假定声传感器深度分布与所述声传感器的实际深度分布之间的深度差。

7.根据权利要求6所述的方法，其中辨别到达时间变化的所述步骤包括从由所述声传感器接收的所述地震信号辨别与一个普通反射体有关的到达时间，并且确定时间差的所述步骤包括对于所述假定声传感器深度分布由把到达时间的期望变化与偏移的变化联系起来的一条传播时间时差曲线确定在所述辨别到达时间与对应时间之间的时间差。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述普通反射体是海底。

9.根据权利要求6至8任一项所述的方法，其中在辨别到达时间的所述变化之前滤波所述接收地震信号。

10.根据权利要求9所述的方法，其中使用一个最小相位低阻滤波器进行所述接收地震信号的所述滤波。

11.根据权利要求6至10任一项所述的方法，其中把所述接收地震信号以抽样间隔数字化，并且通过在所述数字化接收地震信号之间内插把所述时间差确定成比所述抽样间隔精细的精度。

12.根据权利要求6至11任一项所述的方法，其中使用海底表面的轮廓计算到达时间的所述期望变化。

13.根据权利要求6至12任一项所述的方法，进一步包括通过把所述接收地震信号移动所述确定的时间差而校正所述接收地震信号的步骤。

14.根据权利要求6至13任一项所述的方法，其中把所述估计水柱高度与所述深度差相结合，以便估计在勘测时在所述声传感器附近相对于平均海平面的局部浪高。

15.根据权利要求14所述的方法，其中对于多个声传感器计算局部浪高的估计，并且用来客观地估计在勘测时的海面状态。

16.根据以上权利要求任一项所述的方法，进一步包括使用所述估计水柱高度产生局部海面状态的显示的步骤。

17.一种采用根据权利要求1至5和15任一项所述信号分析方法进行海洋地震勘测的方法。

18.一种采用根据权利要求6至14任一项所述信号分析方法进行海洋地震勘测的方法。

19.根据权利要求18所述的海洋地震勘测方法，其中所述深度差用来控制一个反射器或一个控制所述声传感器的深度的吊舱。

20.根据权利要求18或权利要求19所述的海洋地震勘测方法，其中所述声源放置在与所述声传感器显著不同的深度处。

21.编程成实施根据权利要求1至15任一项所述的信号分析方法的计算机设备。

22.与根据权利要求21所述的计算机设备合作有关的海洋地震勘测设备。

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